轴向压力作为一种机械驱动力，迫使铜颗粒发生塑性变形并填充仅靠热能无法闭合的孔隙。由于该过程发生在熔点以下，这种物理压缩克服了硬质增强相的刚性，机械地迫使延展性好的铜基体流入间隙以实现接近完全的密度。
核心机制 在固相烧结中，热扩散通常不足以消除围绕 SiC 或金刚石等极硬增强体的孔隙。外部轴向压力通过机械克服烧结阻力来解决此问题，迫使较软的基体紧密地贴合在刚性颗粒周围。
固相烧结的挑战
硬质增强体的障碍
在复合材料中，如碳化硅 (SiC) 和金刚石等增强相异常坚硬。它们在加热过程中不会变形或收缩。
由于这些颗粒保持刚性，它们会在粉末混合物中形成物理屏障。这些屏障阻止铜颗粒自然地沉降成致密结构。
热扩散的局限性
标准烧结依赖高温扩散来移动原子并闭合间隙。然而，在这种情况下，仅靠扩散不足以消除由硬质增强相产生的孔隙。
如果没有液相通过毛细作用填充这些间隙，无压烧结将导致复合材料多孔且机械强度较低。
轴向压力如何驱动致密化
诱导塑性变形
真空热压机直接对粉末混合物施加显著的轴向载荷。该压力对铜颗粒施加的应力超过了其在高温下的屈服强度。
因此，铜颗粒发生塑性变形。它们会发生物理屈服和流动——类似于粘性流体——流入硬质增强颗粒之间的空间。
克服烧结阻力
压力提供了巨大的“推力”，克服了材料固有的致密化阻力。这产生了热能本身无法实现的机械互锁效应。
这种作用极大地提高了复合材料的最终密度，确保基体完全包裹增强相。
活化烧结机制
热压被归类为一种活化烧结工艺。热量和压力的结合显著加速了相变和合金形成。
此外，机械应力有助于断裂粉末表面存在的脆性氧化膜。断裂这些薄膜会暴露出清洁的金属，从而更好地被碳还原并形成更强的颗粒间结合。
关键考虑因素和复杂性
不平衡的工艺动力学
需要注意的是，热压是一种高度不平衡的工艺。材料同时承受连续加热和单向压力。
定向收缩
由于压力是轴向的，因此收缩行为与常规的“无压”烧结有显著不同。
在常规烧结中，收缩通常是各向同性的（在所有方向上均匀）。在热压中，致密化由外部力驱动，导致明显的收缩特性，在模具设计中必须考虑这些特性。
粉末质量的影响
该工艺的有效性受到粉末内部结构的影响。具有晶体缺陷的粉末实际上可以实现更高的合金密度，因为这些缺陷有助于进一步活化热压机制。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地发挥真空热压在铜基复合材料中的优势，请根据您的具体目标考虑以下几点：
- 如果您的主要关注点是最大密度：依靠高轴向压力来诱导铜的塑性流动，特别是填充金刚石等硬质增强体周围的孔隙。
- 如果您的主要关注点是工艺效率：利用压力断裂氧化膜并加速结合，从而缩短相变所需的总时间。
通过用机械压力替代液相烧结的毛细力，您可以确保固相复合材料的结构完整性。
总结表：
| 特征 | 无压烧结 | 真空热压（轴向压力） |
|---|---|---|
| 驱动力 | 热扩散和表面张力 | 热扩散 + 机械轴向载荷 |
| 致密化机制 | 毛细作用（需要液相） | 塑性变形和诱导流动 |
| 孔隙减少 | 受硬质增强体屏障限制 | 通过物理压缩克服刚性屏障 |
| 氧化物去除 | 取决于化学还原 | 氧化膜的机械断裂 |
| 收缩类型 | 各向同性（均匀） | 单向（轴向） |
| 最终密度 | 通常较低/多孔 | 接近理论完全密度 |
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